PL B1. FRANZ PLASSER BAHNBAUMASCHINEN- INDUSTRIEGESELLSCHAFT m.b.h., Wiedeń, AT , AT, GM725/

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. E01B 35/04 ( ) B61K 9/08 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób bezstykowego pomiaru profilu poprzecznego lub odstępu szyn toru kolejowego i urządzenie do bezstykowego pomiaru profilu poprzecznego lub odstępu szyn toru kolejowego (30) Pierwszeństwo: , AT, GM725/2002 (73) Uprawniony z patentu: FRANZ PLASSER BAHNBAUMASCHINEN- INDUSTRIEGESELLSCHAFT m.b.h., Wiedeń, AT (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 09/04 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/12 (72) Twórca(y) wynalazku: JOSEF THEURER, Wiedeń, AT BERNHARD LICHTBERGER, Linz, AT (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Irena Tylińska PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób bezstykowego pomiaru profilu poprzecznego lub odstępu szyn toru kolejowego, w szczególności w obszarze rozjazdu oraz urządzenie do przeprowadzenia sposobu. Z austriackiego opisu zgłoszeniowego nr AT jest już znane wyznaczanie szerokości toru kolejowego na podstawie dwóch - przyporządkowanych odnośnej szynie toru - czujników do pomiaru odstępu, które są osadzone na osi koła pojazdu szynowego w obszarze między szynami. Poza tym według austriackiego opisu zgłoszeniowego nr AT znane jest naświetlanie punktowe z boku główek szyn toru kolejowego, przy czym odbicia promieni świetlnych są wykrywane za pomocą układu fotodiod znajdującego się w kierunku pionowym nad szyną. W opisie amerykańskiego patentu nr US 3,864,039 ujawniono sposób, w którym oświetlona jest tylko stopka każdej szyny. Odbiornik światła umieszczony nad szyną rejestruje cienie rzucone przez główkę szyny, po czym te sygnały są przekształcone na dane pozycyjne reprezentujące szerokość toru. Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wspomnianego na wstępie rodzaju, który umożliwia szybsze i dokładniejsze wyznaczenie oraz ocenę wartości zmierzonych miarodajnych dla stanu rozjazdu. Cel ten według wynalazku jest zrealizowany za pomocą sposobu bezstykowego pomiaru profilu poprzecznego lub odstępu szyn toru kolejowego, w szczególności w obszarze rozjazdu, który charakteryzuje się tym, że próbkuje się każdą szynę za pomocą znajdującego się nad nią i poruszającego się w sposób ciągły w kierunku podłużnym toru czujnika pomiarowego skanującego płaszczyznę próbkowania przebiegającą prostopadle do kierunku podłużnego toru i rejestruje się newralgiczne, określające w sposób miarodajny geometrię rozjazdu punkty pomiaru na szynie jako wartości mierzone w układzie współrzędnych biegunowych, dalej, przelicza się współrzędne biegunowe dla wartości zmierzonych na współrzędne kartezjańskie i przechowuje w pamięci wartości zmierzone w powiązaniu z ciągłym pomiarem drogi za pomocą koła do pomiaru przebytego odcinka drogi oraz wyznacza się za pomocą obliczeń na podstawie zarejestrowanych wartości mierzonych profil poprzecznego rozjazdu, po czym porównuje się wyznaczone bieżące wartości zmierzone w określonych punktach pomiaru z przechowywanymi w pamięci wartościami zadanymi, dla co najmniej dwóch parametrów: szerokości rowka szyny rowkowej, rowka ciągłego, szerokości prowadzenia, szerokości toru i/lub odstępu powierzchni prowadzących kierownic i wreszcie wyznacza się wymiar odchyłki od wartości zadanych. W wypadku przekroczenia dopuszczalnych wartości granic tolerancji dla punktów pomiaru sporządza się raport o błędach pojedynczych pomiarów. Za pomocą tego sposobu możliwe jest znacznie szybsze i bardziej precyzyjne przeprowadzenie pomiaru różnych parametrów rozjazdów w celu umożliwienia poddania dokładnej kontroli, zwłaszcza mających duże znaczenie obszarów rozjazdów. Przy tym mogą być niezawodnie udokumentowane (i w razie potrzeby także wydrukowane) panujące warunki i stan szyn oraz elementów rozjazdu. Dzięki temu jest możliwe w szczególnie korzystny sposób dokładne badanie stopnia ścierania się lub zużycia szyny, iglicy, kierownicy i temu podobnych, tak, że w sposób natychmiastowy i celowy można reagować na związane z tym wady, zanim sytuacja lub bezpieczeństwo mogą się niebezpiecznie pogorszyć. Ponadto pomiary mogą następować z nader dużą - w odniesieniu do kierunku przejazdu maszyny realizującej sposób - gęstością zapisu, tak, że może być praktycznie uzyskana pełna kontrola stanu rozjazdu. Poza tym pomiar można rozpocząć zarówno na początku jak i na końcu rozjazdu, a więc z obydwóch stron. Przedmiotem wynalazku jest także urządzenie do bezstykowego pomiaru profilu poprzecznego lub odstępu szyn toru kolejowego, w szczególności w obszarze rozjazdu, posiadające ramę przejezdną po torze kolejowym na rolkach z obrzeżami kół, na której są umieszczone wychylnie wokół osi obrotów przebiegających w kierunku podłużnym toru kolejowego przyporządkowane szynie, działające bezstykowo czujniki do pomiaru odstępu, charakteryzujące się tym, że każdy czujnik do pomiaru odstępu jest umieszczony nad przyporządkowaną do niego szyną i jest wykonany jako wychylny tam i z powrotem w zakresie kąta skanowania skaner laserowy do próbkowania newralgicznych punktów pomiaru określających w sposób miarodajny geometrię rozjazdu. Skaner laserowy jest przesunięty względem przyporządkowanej do niego szyny w kierunku do wewnętrznej strony toru kolejowego.

3 PL B1 3 Dzięki temu jest stworzona możliwość niezawodnego, precyzyjnego i przede wszystkim kompletnego wyznaczenia danych i parametrów rozjazdu szczególnie ważnych dla bezpiecznej eksploatacji toru kolejowego. Dodatkowe korzyści i realizacje wynalazku wynikają z zastrzeżeń patentowych zależnych i z rysunku. Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w ujęciu schematycznym widok z góry rozjazdu z umieszczonym na pojeździe szynowym urządzeniem do przeprowadzenia sposobu według wynalazku, fig. 2 - przekrój w obszarze kierownicy szyny rozjazdu odpowiadający strzałce przekroju II na fig. 1 i fig. 3 do fig. 6 przedstawiają wielkości mierzone, które mają być wyznaczone. Na fig. 1 przedstawiono, jako reprezentatywny przykład, typowy tak zwany zwyczajny rozjazd 1 składający się z toru zasadniczego 2 i toru zwrotnego 3, który rozciąga się między początkiem rozjazdu 4 i końcem rozjazdu 5. Rozjazd 1 zasadniczo jest zbudowany z szyn 6, iglic 7 krzyżownicy 8, szyn skrzydłowych 9 i kierownic 10. Na torze zasadniczym 2 jest widoczny (naszkicowany jedynie w zarysie) pojazd szynowy 11 na którym jest umieszczone urządzenie 12 do pomiaru odstępu między szynami 6 lub profilu poprzecznego w różnych obszarach rozjazdu. Przez profil poprzeczny należy rozumieć zarysy szyn wynikające z przekroju przebiegającego w kierunku prostopadłym do kierunku podłużnego szyn. Urządzenie pomiarowe 12 jest zmontowane na wagonie pomiarowym 13 z ramą 14, który toczy się po szynach 6 na rolkach z obrzeżem koła 15 posiadających walcowe powierzchnie toczne. Na rozjeździe 1 wagon pomiarowy 13 jest w znany sposób dociskany do ciągłego toku szynowego; na omawianym rysunku jest to zewnętrzna lub górna szyna 6 toru zasadniczego rozjazdu 2. W obszarze nad każdą z szyn 6 przejeżdżanych przez wagon pomiarowy 13 na ramie 14 jest umieszczony czujnik do pomiaru odstępu 16, który jest wykonany jako działający bezstykowo i skierowany do dołu na przyporządkowaną do niego szynę 6 skaner laserowy 17. Jak widać teraz lepiej na podstawie fig. 2 skaner laserowy 17 emituje promień próbkujący 18, który jest poruszany tam i z powrotem w zakresie kąta skanowania α wokół osi obrotu 19 przebiegającej w kierunku podłużnym toru zasadniczego 2 lub równolegle do poddawanej próbkowaniu szyny 6. Dzięki temu jest utworzona płaszczyzna próbkowania 20 przebiegająca prostopadle do kierunku podłużnego toru. Skaner laserowy 17 nie jest ustawiony bezpośrednio nad szyną 6, lecz nieznacznie przesunięty w kierunku wewnętrznej strony toru. Korzystny wymiar x tego przesunięcia wynosi 22 mm i jest mierzony od punktu odniesienia A, który znajduje się w odstępie y (korzystnie 14 mm) pod górną krawędzią szyny (SOK - die Schienenoberkante - górna krawędź szyny) na krawędzi jezdnej 21 szyny 6. Bazując na standardowej szerokości toru 1435 mm, wynika z tego, że odstęp obydwóch skanerów laserowych 17 w kierunku poprzecznym do toru wynosi 1391 mm. Pionowy odstęp między skanerem laserowym 17 i SOK korzystnie wynosi 200 mm. W powiązaniu z przesuniętym w kierunku poziomym ustawieniem skanera laserowego 17 i wielkością kąta skanowania α wynika z tego układ, w którym płaszczyzna próbkowania 20 optymalnie obejmuje całe tamte obszary szyny 6 i kierownicy szyny 10, które poddawane są zużyciu i ścieraniu. Odnosi się to oczywiście także do obszarów rozjazdu, w których zamiast kierownicy szyny znajduje się krzyżownica, szyny skrzydłowe lub iglice. W zastosowaniu roboczym w celu bezstykowego pomiaru rozjazdu 1 pojazd szynowy 11 przejeżdża w sposób ciągły przez rozjazd, przy czym wagon pomiarowy 13 (w celu uniknięcia dużych błędów) toczy się po szynach 6 na wykonanych w kształcie walca rolkach z obrzeżem koła 15 i jest dociskany do ciągłego toku szynowego. Pomiar przeprowadza się na rozjeździe 1 rozpoczynając od punktu początkowego, tak zwanego punktu synchronicznego. Obydwa skanery laserowe 11 skanują w sposób ciągły płaszczyznę próbkowania 20, podczas gdy równolegle do tego za pomocą koła do pomiaru przebytego odcinka drogi 22 (fig. 1) jest rejestrowana pokonywana droga. Prędkość pojazdu może wynosić około 1 m/s; obszar iglicy jest przejeżdżany z prędkością w przybliżeniu mniejszą o połowę. W każdym - zdefiniowanym dzięki padaniu promienia próbkującego 18 na odnośną szynę 6 lub na element rozjazdu punkcie pomiarowym 25 mierzy się teraz w układzie współrzędnych biegunowych jako wartość mierzoną zarówno odstęp początkowy lasera, jak i kąt promienia próbkującego 18. W komputerze 23 przewidzianym na pojeździe szynowym 11 te współrzędne biegunowe punktów pomiaru 25 są przeliczane na bieżąco na współrzędne kartezjańskie za pomocą programu i przechowywane w pamięci w powiązaniu z ciągłym pomiarem drogi za pomocą koła do pomiaru przebytego odcinka drogi 22. Równolegle do tego wartości zmierzone mogą być przedstawione także na monitorze 24 z rozdzielczością aż do 0,1 mm. Poza rejestrowanymi wartościami mierzonymi w pamięci są

4 4 PL B1 przechowywane także wyznaczone z tego na drodze obliczeniowej przynależne profile i w ten sposób sporządza się profil poprzeczny rozjazdu 1. (Ponadto, w razie potrzeby, możliwe jest także ręczne wprowadzenie za pomocą klawiatury do programu komputera 23 innych danych pomiarowych i/lub wykrytych wad). Dla wielkości mierzonych przedstawionych częściowo schematycznie lub jako ilustracja na fig. 3 do fig. 5, jak na przykład szerokość toru a (fig. 3), szerokość prowadzenia b (fig. 4) lub odstęp powierzchni prowadzących kierownic c (fig. 5) patrząc w kierunku podłużnym rozjazdu 1 i zależnie od typu odnośnego rozjazdu istnieją w różnych punktach rozjazdu lub punktach pomiaru 25 wytyczne, co do poszczególnych wartości zadanych, które zostały wyprzedzająco zachowane w pamięci komputera 23 i które teraz porównuje się z aktualnie zmierzonymi wartościami mierzonymi. Dzięki wyznaczeniu wymiaru odchyłki od tych wartości zadanych precyzyjnie i szybko może być wyznaczone zużycie w punktach pomiaru 25 określających w sposób miarodajny, w szczególności geometrię rozjazdu w newralgicznych miejscach rozjazdu, które są ściśle zdefiniowane za pomocą specjalnego wzorca rozjazdu. Tolerancje, które mają być zachowane są automatycznie sprawdzane. Te tolerancje dla poszczególnych wielkości mierzonych (jak, na przykład wspomniane wielkości: szerokość toru a, szerokość prowadzenia b, odstęp powierzchni prowadzących kierownic c oraz poza tym, na przykład także szerokość rowka szyny rowkowej, szerokość wejścia w kierownicę, rowek ciągły lub stan zużycia iglicy) wynoszą 0,25 mm. Dla wielkości wysokość poprzeczna i zwichrowanie granica tolerancji wynosi 0,5 mm. Przy przekroczeniu dopuszczalnych wartości granicy tolerancji za pomocą programu jest sporządzany raport o błędach pojedynczych pomiarów. Na fig. 6, jako przykład mającego duże znaczenie punktu rozjazdu, przedstawiona jest iglica 7. przylegająca do główki szyny 6, na której górnej krawędzi leży punkt pomiaru 25, który ma być wyznaczony. Następnymi przykładami szczególnie ważnych, lokalnych lub zależnych od drogi punktów systemu rozjazdu są, na przykład początek odgiętej iglicy lub początek (sztywnego lub ruchomego) dzioba krzyżownicy. Aby te wartości mogły być zarejestrowane, do operatora jest przenoszony obraz video. Punkty systemu są lokalnie diagnozowane za pomocą odpowiedniego czujnika zdarzeń. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób bezstykowego pomiaru profilu poprzecznego lub odstępu szyn toru kolejowego, w szczególności w obszarze rozjazdu, znamienny tym, że próbkuje się każdą szynę (6) za pomocą znajdującego się nad nią i poruszającego się w sposób ciągły w kierunku podłużnym toru czujnika pomiarowego (16) skanującego płaszczyznę próbkowania (20) przebiegającą prostopadle do kierunku podłużnego toru i rejestruje się newralgiczne, określające w sposób miarodajny geometrię rozjazdu punkty pomiaru na szynie jako wartości mierzone w układzie współrzędnych biegunowych, dalej, przelicza się współrzędne biegunowe dla wartości zmierzonych na współrzędne kartezjańskie i przechowuje w pamięci wartości zmierzone w powiązaniu z ciągłym pomiarem drogi za pomocą koła do pomiaru przebytego odcinka drogi (22) oraz wyznacza się za pomocą obliczeń na podstawie zarejestrowanych wartości mierzonych profil poprzecznego rozjazdu (1), po czym porównuje się wyznaczone bieżące wartości zmierzone w określonych punktach pomiaru (25) z przechowywanymi w pamięci wartościami zadanymi, dla co najmniej dwóch parametrów: szerokości rowka szyny rowkowej, rowka ciągłego, szerokości prowadzenia, szerokości toru i/lub odstępu powierzchni prowadzących kierownic i wreszcie wyznacza się wymiar odchyłki od wartości zadanych. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w wypadku przekroczenia dopuszczalnych wartości granic tolerancji dla punktów pomiaru (25) sporządza się raport o błędach pojedynczych pomiarów. 3. Urządzenie do bezstykowego pomiaru profilu poprzecznego lub odstępu szyn toru kolejowego, w szczególności w obszarze rozjazdu posiadające ramę przejezdną po torze kolejowym na rolkach z obrzeżami kół, na której są umieszczone wychylnie wokół osi obrotów przebiegających w kierunku podłużnym toru kolejowego przyporządkowane szynie, działające bezstykowo czujniki do pomiaru odstępu, znamienne tym, że każdy czujnik do pomiaru odstępu (16) jest umieszczony nad przyporządkowaną do niego szyną (6) i jest wykonany jako wychylny tam i z powrotem w zakresie kąta skanowania (α) skaner laserowy (17) do próbkowania newralgicznych punktów pomiaru (25) określających w sposób miarodajny geometrię rozjazdu. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że skaner laserowy (17) jest przesunięty względem przyporządkowanej do niego szyny (6) w kierunku do wewnętrznej strony toru kolejowego.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)